Un team di scienziati ha creato gli impulsi elettromagnetici più potenti al mondo nella gamma dei terahertz per controllare nei minimi dettagli come un materiale di memorizzazione dei dati cambia forma fisica. Questa scoperta potrebbe contribuire a dispositivi di memoria ridotti, alla fine rivoluzionando il modo in cui i computer gestiscono le informazioni.

I compact disc potrebbero essere fuori moda, ma potrebbero aver ispirato la prossima generazione di nanotecnologie informatiche. Uno strato di vetro nei CD è costituito da un materiale a cambiamento di fase che può essere codificato con informazioni quando gli impulsi di luce provocano la crescita o la fusione dei cristalli in piccole regioni dello strato.

I materiali a cambiamento di fase innescati da impulsi elettrici, piuttosto che dalla luce, offrirebbero nuove tecnologie di memoria con un funzionamento più stabile e più veloce di quello possibile in molti tipi attuali di dispositivi di memoria. Inoltre, il ridimensionamento dei siti di memoria nei materiali a cambiamento di fase potrebbe aumentare la densità della memoria. Ma questo rimane impegnativo a causa della difficoltà di controllare i processi di cristallizzazione e amorfizzazione (fusione).

Affrontare questo problema in un articolo in Lettere di revisione fisica , un team di scienziati guidati dall'Università di Kyoto ha osservato la crescita su scala nanometrica di singoli cristalli in un materiale a cambiamento di fase composto da germanio, antimonio e tellurio, o GST, dopo aver applicato impulsi terahertz ad alta potenza come trigger.

"Una ragione per cui la cristallizzazione e l'amorfizzazione del GST sotto un campo elettrico sono difficili da controllare sono gli effetti di diffusione del calore nella scala micrometrica associati agli input elettrici, che contribuiscono anche alla cristallizzazione, " spiega il leader del gruppo Hideki Hirori. "Fortunatamente, Le tecnologie terahertz sono maturate al punto da poter utilizzare impulsi brevi per generare forti campi elettrici sopprimendo gli effetti di riscaldamento".

Hirori e i suoi colleghi hanno sviluppato un generatore di impulsi terahertz che ha fornito impulsi terahertz ultracorti e molto intensi attraverso un paio di antenne dorate. Questi impulsi hanno creato un campo elettrico nel campione GST paragonabile a quello di un dispositivo a commutazione elettrica. È importante sottolineare che questo approccio ha notevolmente ridotto la diffusione del calore a causa della durata estremamente breve degli impulsi terahertz, circa 1 picosecondo, o 10 ^-12 secondi, consentendo un controllo preciso sulla velocità e la direzione della cristallizzazione GST. Una regione di cristallizzazione è cresciuta in linea retta tra le antenne d'oro in direzione del campo, a pochi nanometri per impulso.

Quando il team ha monitorato i cambiamenti graduali nella cristallizzazione aumentando il numero di impulsi terahertz, furono sorpresi di scoprire che dopo un certo punto, la conduttività dei cristalli accelerò rapidamente invece di aumentare in linea con l'aumento della forza terahertz. I ricercatori ipotizzano che gli elettroni che saltano tra gli stati nel cristallo abbiano aggiunto una fonte inaspettata di calore al sistema, favorendo la cristallizzazione.

Hirori spiega:"Il nostro esperimento rivela come si può ottenere una crescita su scala nanometrica e controllata dalla direzione dei cristalli in GST. Abbiamo anche identificato un fenomeno che dovrebbe aiutare nella progettazione di nuovi dispositivi e, in definitiva, realizzare il potenziale di gestione delle informazioni digitali veloce e stabile che questo materiale promesse."